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第二章沥青混凝土路面融雪化冰随机传热分析2.1沥青混凝土路面地源热泵融雪化冰工作原理地源热泵融雪化冰系统主要由地下换热器、热泵机组、循环泵、路面融雪管道等组成，如图2-1。
融雪化冰过程是一个复杂的传质传热和能量动态传输过程。
其原理是流体由地下换热器提取地源热量，经热泵升温，再经过循环泵流入路面融雪管道加热路面，路面温度升高，路面上的积雪吸收热量，冰雪开始融化。
系统运行过程中，冰雪融化成水并蒸发，直至路面无积雪及水。
图2-1 地源热泵融雪化冰系统图从以上分析可知，地源热泵路面融雪化冰过程主要包括三部分传热过程：路面融雪管道传热,地下换热器换热和路面融雪化冰传热。
其中,融雪化冰包含复杂的传热传质和多态转换过程,也是三项传热过程分析中难度较大的过程，要重点分析。
2.2融雪化冰路面随机传热分析2.2.1融雪化冰过程中路面状态雪是由冰晶体、空气和水蒸气组成的一种多孔介质,影响路面冰雪融化有客观和主观两类因素。
客观因素包括降雨量、降雪量、路面周围空气温度、环境相对湿度、天空辐射温度、太阳辐射强度、风速风向、地下岩土温度、路面材料及状况等；主观因素包括系统启闭时间、融雪化冰系统控制策略等。
冬季路面在自然条件下，可分为多种情况，通常与客观的气候环境相关，文献[50-51]主要简化为七种情况：1）干燥状态：路表面没有冰雪，路表面温度可能低于或者高于结冰温度。
2）潮湿状态：路表面高于结冰温度，而且路面上有水但是没有冰，路表面的潮湿来源于降雨或雪融化后还没有蒸发。
很显然，在这一状态水的质量大于0，而冰的质量为0。
3）干雪覆盖状态：:路面被新降积雪覆盖（雪可以被视为多孔介质），但是没有水，路面温度低于结冰温度，雪还没有开始融化，也就是冰和雪的质量大于0，而水的质量为0的状态。
4）雪泥覆盖状态：路面被饱和冰晶体覆盖，冰是由雪吸附水变成的，水渗透到冰的上表面，路面温度为结冰温度。
也就是水和冰的质量大于0，而雪的质量为0的状态为雪泥覆盖状态。
冰雪路面融雪化冰方法综述国内外道路工作者针对冰雪路面行车安全问题进行了系统研究，开发出了多种融雪化冰方法，按照工作员不同可分为化学方法和物理方法两大类。
图-1 路面融雪化冰技术1、化学方法化学方法是世界各国广泛采用的一类除冰雪的方法，通过在路表撒布化学融雪剂降低冰雪的融点，使冰雪融化，进而清除路表冰雪。
常见的融雪剂可分为非氯盐型、氯盐型及混合型三大类。
化学方法的融冰化雪效果受环境温度、车速和车流量等的影响较大。
过低环境温度或过大降雪量,均将影响它的使用效果，尤其是较低环境温度时，化学融雪剂须借助轮胎的碾压作用溶解、融化。
化雪融雪剂的使用会对道路桥梁附属设施产生腐蚀，同时危害周边环境。
据不完全统计，每吨化雪融雪剂将导致超过800美元的车辆、道桥及植被腐蚀。
化雪融雪剂融化后，只有少部分蒸发，大多数会流入周围土壤或水网，造成PH值升高、土质变差、植被营养失调、生长迟缓等问题。
低冰点路面技术通过将融雪剂吸附多孔材料中或油性物质包裹，替代部分矿粉或集料掺入沥青路面中，通过其特殊的缓释机理将氯盐或者环保融雪剂释放，达到长效和实时融雪抑冰的效果，有着大多数传统融雪剂特别是工业盐类溶雪剂所不具备的优点。
例如：由于其低冰点材料的缓释作用，可以长时间作用于路面，减少融雪剂的撒布量，相对直接撒布工业融雪盐用量较小，因此对环境的影响较小；其具备融雪抑冰的时效性能，在降雪量较少或气温高情况下可以直接融化，在降雪量较大情况下，降低了雪和沥青路面的粘结能力，易于人工清理。
2、物理方法物理方法实现融雪化冰主要包括人工清除、机械清除、热力融冰雪、抑制冻结铺装和相变融冰雪。
（1）清除法清除法包括人工清除和机械清除。
人工清除依靠人力清除路表冰雪，具有清除彻底的有点，但效率低、费用高，且需要封闭交通作业，仅适用于降雪量或通行能力要求较高的特殊重点路段。
机械清除方法包括机械铲冰雪和机械吹雪，其中，机械铲冰雪方法由于机械设备过大，造成机械与路面接触不充分，致使积雪结冰清除不彻底，在路表形成薄冰层，附着系数依然很低，同时会对路面造成一定程度损害，适用于降雪量大、天气寒冷地区；机械吹雪仅适用于未被碾压过的路面除雪，且需要除雪与降雪实时同步，因此，机械吹雪不适用于公路除雪。
道路除冰雪技术简介1.前言在寒冷的冬天，公路路面往往会因降雪而积雪结冰，从而使路面附着系数大大降低，使汽车打滑、制动距离显著延长，甚至刹车失灵、方向失控，甚至造成严重的交通事故。
目前全世界由于路面积雪结冰所造成的直接经济损失年平均达数亿元，因此，为了保障道路畅通和行车安全，避免交通事故或少出交通事故，提高道路通行能力和运营效益，必须采取一些有效措施来清除路面冰雪。
2. 路面外部除冰雪技术目前常用的路面除冰雪技术通常包括撒融雪剂、人工清清除和机械清除法。
2.1 撒融雪剂撒融雪剂是指通过在路面上撒布化学药剂来降低冰雪融点，使冰雪融化，进而清除路面积雪和积冰的方法（如图1）。
这是目前国际上应用较广泛的一种路面除冰雪的手段。
图1 撒融雪剂目前国内外经常使用的融雪剂一般有两大类：一类是以醋酸钾为主要成分的融雪剂，该类融雪剂融雪效果好，且无腐蚀损害，但价格较高，多用于机场等重要场所的融雪除冰；另一类是以“氯盐”为主要成分的融雪剂，如氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾等，通常称作“化冰盐”，其中使用最多的就是工业食盐氯化钠，其优点是价格便宜，仅相当于醋酸钾类融雪剂的1/10，但对公共基础设施有较严重的腐蚀作用。
因此，近年来人们也在不断尝试开发新型环保融雪剂，如生物降解型融雪剂等，不仅无毒、无腐蚀，而且也具有较好的融雪效果。
2.2 人工清除法人工清除法对冰雪清除较彻底，但效率低，费用高，而且作业时也会影响车辆通行和行车安全，并且不能长时间作业，因此仅适用于雪量较小时或重点难点路段冰雪的清除（见图2）。
图2 人工清除积雪2.3 机械清除方法机械清除方法又可分为机械铲冰雪和机械吹雪两类。
其中机械铲冰适合于雪量较大、结冰之前大面积的清除作业，如图3所示；而机械吹雪适用于未经碾压过的厚度较薄的路面积雪，通常只适用于机场等较小范围的道面积雪清除工作。
目前，常见的除雪机械有铲刮式、刷打式、螺旋集雪式、旋切及冲击旋切式和铲剁冲击式等类型。
一、项目背景及研究意义在寒冷的冬季,许多公路与城市道路经常遭受冰雪的危害，降雪较大时基本呈冰雪路面状态,冰雪使路面附着系数大大降低，导致汽车打滑、制动距离显著延长,甚至刹车失灵、方向失控，造成严重的交通事故.这些问题成为道路交通安全和人民生命、财产安全的重大隐患，因此冰雪路面问题一直困扰着道路养护部门。
世界各国为解决冬天道路结冰、积雪这一难题，大多是根据天气预报提早准备扫雪设备和工业盐水（或融雪剂),下雪后立即对主干道公路、城市道路进行清扫或洒盐水或洒融雪剂等，被动除雪化冰以减少或降低其不利影响.人为除雪费时费力，而使用工业盐水和融雪剂又会造成宝贵的水资源浪费并产生环境污染。
路面冰雪问题一直困扰着世界各国交通部门，人们为此作了大量研究,探索出许多抑制、控制和消除冰雪的技术和方法。
二、国内外研究现状对路面积雪结冰的处理问题，各国道路管理部门多年来一直非常重视，而且作了大量的研究工作,探索出了多种清除道路表面积雪结冰的方法。
融雪技术是通过路面的特殊功能来融冰除雪，该类技术融冰除雪效果更彻底,但需要在铺设路面时就要做相应施工，初始投资较大。
通过在路面铺装材料内添加一定量的弹性颗粒材料（如由废旧轮胎加工而成的橡胶颗粒），利用弹性材料局部变形能力较强的特性，通过路面在负荷状态下产生的自应力,使路面冰雪破碎融化，有效抑制路面积雪和结冰.这类技术代表就是橡胶颗粒融雪路面技术。
这种技术不但可以有效提高路面的除冰雪能力，提高道路安全性能和运输效率，而且为废旧弹性材料的回收利用提供了新途径，该技术在欧美和日本等发达国家已有应用。
对于橡胶颗粒沥青混合料技术的研究开始于上世纪80年代末期.对于此技术的研究，各国的研究和应用情况差别较大.其中美国对于此项技术的研究开展较早。
Heitzman尝试将6.4mm~0。
85mm的橡胶颗粒直接加入到断级配沥青混合料中用来代替部分石料,并将其用作磨耗层;Van Kirk，Jack L等人将一定粒径的橡胶颗粒掺于密级配沥青混合料中,用来替代部分石料以满足级配要求，同时部分改善沥青性能.该方法要求用于面层铺装的沥青混合料中的橡胶颗粒的掺量不能大于混合料质量的2％,且橡胶颗粒细度较大，基本上是用来替代混合料中的细集料部分。
